Etude de cavités optiques formées de miroirs de Bragg à réseaux à pas variable

Réseau de Bragg chirpé

On a présenté la théorie de réseau de Bragg et des approches de modélisation dans le chapitre I. Il y a divers types de réseaux de Bragg comme réseau uniforme, réseau échantillonné, réseau déphasé et réseau à pas variable. Pour cette thèse, on se concentre sur le réseau de Bragg à pas variable. Le réseau de Bragg à pas variable est un réseau dont la période varie le long de la fibre. Il y a deux quantités variables qui peuvent être changées pour obtenir un réseau chirpé : l’une est de changer la période de Bragg, l’autre est de varier l’indice de réfraction le long de la direction de propagation dans la fibre. Figure 2.1 montre un réseau de Bragg à pas variable linéairement. Dans ce cas-là, la période du réseau varie linéairement avec la position tout au long du réseau dans la fibre. Ça fait que le réseau réfléchit des longueurs d’onde variable le long de la longueur du réseau avec une correspondance entre la valeur de la longueur d’onde réfléchie et la position le long de la fibre. c’est-à-dire que la longueur d’onde de Bragg varie en fonction de la position sur la fibre. La variation de l’indice de réfraction le long de la direction de propagation a le même effet que celle de la période. Cela signifie que la période optique est changée, même si la période physique du réseau est fixe. Donc, ces deux quantités variables peuvent être fusionnées, et décrites par une variable.

Simulations numériques et caractéristiques

L’objectif est de concevoir un filtre optique ayant idéalement une forme carrée. Le réseau chirpé est utilisé comme un groupe de miroirs qui reflète certaines longueurs d’ondedans une bande de Bragg. Donc on doit connaitre les caractéristiques du réseau chirpé, par exemple, la réflectivité. Le coefficient de couplage peut être ajusté pour contrôler la réflectivité maximum au milieu de la bande de réflexion. En plus du coefficient de couplage, il y a des autres paramètres entrés dans la simulation, par exemple, la valeur du chirp C, la longueur du réseau chirpé L ainsi que la réflectivité du miroir Rm. Ils peuvent influer sur les résultats de simulation tels que la réflectivité du réseau Rb, la transmission du filtre Tf, la réjection optique du filtre tf, et la largeur à -3dB de la bande passante de transmission Dcf.

Réseau de Bragg à pas variable

Nous étudions dans ce paragraphe la simulation d’un réseau de Bragg chirpé dans deux configurations technologiques différentes. Dans le premier cas, il s’agit de réseau de Bragg photo inscrits dans une fibre optique. Les valeurs de chirp réalisables avec les technologies actuelles sont autour de 10 à 100nm/cm. Les longueurs de cavité pour la condition continuum sont alors de quelques cm à quelques dizaines de cm ; ce qui au vu des faibles pertes présentes dans la fibre optique ne pose pas de problème. A l’opposé, dans le deuxième cas, le réseau est fabriqué dans un guide InP. Les cavités ne peuvent excéder quelques centaines de µm dans ce cas. Il faut donc que les valeurs de chirp soient autour de quelques nm/µm. Figure 2.10 et Figure 2.11 montrent respectivement les caractéristiques pour la fibre à réseau de Bragg chirpé et le réseau intégré sur InP.

Caractéristique de la température du réseau de Bragg à fibre optique

Dans le chapitre II, on a calculé la tolérance de la longueur de la cavité. Malgré le cas idéal, cette tolérance n’existe pas. On est donc obligé de trouver des méthodes pratiques pour atteindre la cavité continuum la plus précise possible. La résonance dépend du chemin optique dans la cavité, il y a donc deux variables que l’on peut contrôler : l’une est l’indice de réfraction, l’autre est la longueur physique de la fibre. On modifie ces deux variables par changement de la température ambiante de la cavité. Pour cela, on utilise un four pour contrôler la température de l’environnement. La fibre est mise dans le four, la longueur physique de la fibre s’allonge avec l’augmentation de la température, également, l’indice de silice est modifié. Les deux phénomènes conduisent à une modification du chemin optique. Tout d’abord, on met un réseau de Bragg uniforme dans le four pour connaître plus clairement son comportement en température. La Figure 3.1 montre le montage expérimental. En négligeant la différence d’indice de réfraction entre la région du réseau et la fibre, l’effet de l’extension est quasiment pareil sur l’ensemble de la fibre. On peut donc connaitre ce changement en observant le déplacement du pic de réflexion.

Montage expérimental de la cavité laser hybride

Figure 4.3 montre le schéma de la structure du laser et le montage expérimental utilisé pour mesurer son émission spectrale. Le SOA au milieu est recouvert d’une couche d’anti-réflectivité (AR) et il agit comme un milieu actif, tandis que les deux réseaux de Bragg chirpés forment les miroirs de la cavité résonante. En négligeant la dispersion pour tous les milieux, on peut supposer que tous les indices de réfraction, du SOA , de la fibre et des réseaux sont constants pour toutes les longueurs d’onde , respectivement. Néanmoins, la longueur du chemin optique d’aller-retour augmente avec l’augmentation de. C’est parce que, comme il a été indiqué précédemment, la position du plan de réflexion efficace dans les réseaux chirpés n’est pas la même pour chaque longueur d’onde.

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Table des matières

Introduction générale
CHAPITRE I Propriétés des Réseaux de Bragg et Méthodes de Modélisation
I.1 Introduction
I.1.1 Théorie des modes couplés
I.1.2 Technique de programmation
I.2 Méthodes de modélisation
I.2.1 Méthode de Runge–Kutta
I.2.2 Méthode des Matrices
I.2.3 Méthode de Rouard
I.2.4 Méthode de matrice de transfert
I.3 Conclusion
CHAPITRE II Filtre Optique Passe Bande Employant un Réseau de Bragg à Pas Variable
II.1 Réseau de Bragg chirpé
II.2 Cavité résonante continuum
II.2.1 Conception de la cavité
II.2.2 Méthodes de modélisation
II.2.3 Simulations numériques et caractéristiques
II.3 Filtrage par deux réseaux de Bragg à pas variable
II.4 Conclusion
CHAPITRE III Mesures Expérimentales
III.1 Caractéristique de la température du réseau de Bragg à fibre optique
III.2 Cavité continuum formée entre un clivage de fibre et un réseau de Bragg
III.3 Présentations sur le réseau de Bragg gravé sur InP
CHAPITRE IV Emission du Laser Réalisé par le SOA et les Réseaux de Bragg Chirpés
IV.1 Introduction
IV.2 Laser de la cavité hybride
IV.2.1 Gain du SOA
IV.2.2 Montage expérimental de la cavité laser hybride
IV.2.3 Caractéristiques du laser en cavité hybride
IV.3 Laser monomode en blocage d’injection optique pour la cavité hybride
IV.4 Laser de la cavité intégrée
IV.5 Laser monomode en blocage d’injection optique pour la cavité intégrée
IV.6 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographies
Publications et communications